Ein Team von Neuroingenieuren an der Rice University hat laut einer Studie ein kleines chirurgisches Implantat entwickelt, das das Nervensystem und das Gehirn elektrisch stimulieren kann, ohne dass eine kabelgebundene Stromversorgung oder Batterie erforderlich ist. kürzlich veröffentlicht im Tagebuch Neuron .
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Magnetisch angetriebener Nervenstimulator
Der Nervenstimulator erzeugt Strom aus magnetischer Energie und ist ungefähr so groß wie ein Reiskorn. Er ist der erste magnetisch angetriebene Nervenstimulator, der mit Hochfrequenzsignalen arbeiten kann - ähnlich wie klinisch zugelassene, batteriebetriebene Implantate, die normalerweise als verwendet werdeneine Behandlung für Epilepsie, chronische Schmerzen, Parkinson-Krankheit und andere Bedingungen laut einem Blog-Beitrag an der Rice University Website .
Der Hauptbestandteil des Implantats ist ein dünner Streifen aus "magnetoelektrischem" Material, der magnetische Energie direkt in elektrische Spannung umwandelt. Diese neue Methode vermeidet häufige Fallstricke bei der Verwendung von Radiowellen, Licht, Ultraschall und sogar Magnetspulenwurden bereits zuvor als mögliche Stromquellen für winzige drahtlose Implantate vorgeschlagen - die jeweils unter Interferenzen mit lebendem Gewebe leiden oder sogar gefährliche Wärmemengen im Körper erzeugen.
Proof-of-Concept für Nervenstimulator ohne Batterien
Um die Lebensfähigkeit der magnetoelektrischen Technologie zu beweisen, testeten die Forscher die Implantate bei Nagetieren, die völlig wach waren und sich frei in ihren geschlossenen Räumen bewegen konnten.
"Diese Demonstration des Nachweises des Prinzips ist wirklich wichtig, da es ein großer Technologiesprung ist, von der Tischdemonstration zu etwas zu gelangen, das für die Behandlung von Menschen tatsächlich nützlich sein könnte", sagte Jacob Robinson, ein entsprechender Autor der Studie und Mitgliedder Rice Neuroengineering Initiative: "Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Verwendung magnetoelektrischer Materialien für die drahtlose Energieversorgung mehr als eine neuartige Idee ist. Diese Materialien sind ausgezeichnete Kandidaten für die drahtlose Bioelektronik in klinischer Qualität."
Zukünftige Anwendungen winziger neuronaler Stimulanzien
Winziges Gehirn- und Nervensystem Stimulanzien können in einem breiten Spektrum zukünftiger Technologien Anwendung finden. Batteriebetriebene Implantate werden normalerweise zur Verringerung von Epilepsie und Tremor bei Patienten mit Parkinson-Krankheit eingesetzt. Neue Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass neuronale Stimulation ein nützlicher Weg zur Behandlung von Depressionen sein kann.Zwangsstörungen und mehr als ein Drittel der Patienten, die an chronischen, hartnäckigen Schmerzen leiden, die mit Depressionen, Angstzuständen und Opioidabhängigkeit verbunden sind.
Robinson fügte hinzu, dass die Hauptautorin und Doktorandin der Miniaturisierungsstudie, Amanda Singer, von Bedeutung ist, da sie die Tür zur Therapie der Nervenstimulation öffnet, ohne externe oder von einem Schlagmann bereitgestellte Energie zu verwenden - und insbesondere ohne größere chirurgische Eingriffe. Chirurgen könnten ein Gerät installierendie Größe eines Reiskorns fast überall im Körper mit einem minimal-invasiven Verfahren, ähnlich dem, das zum Einsetzen von Stents in verstopfte Arterien verwendet wird.
Doktorand löst Problem mit der drahtlosen Stromversorgung
Singer löste das Problem der drahtlosen Stromversorgung, indem er Schichten aus zwei unterschiedlichen Materialien in einem einzigen Film zusammenlegte. Die erste Schicht war eine magnetostriktive Folie aus Eisen, Silizium, Kohlenstoff und Bor - und vibriert auf molekularer Ebene, wenn sie in ein Magnetfeld gebracht wirdDie zweite Schicht ist ein piezoelektrischer Kristall, der mechanische Beanspruchung direkt in elektrische Spannung umwandelt.
"Das Magnetfeld erzeugt Spannung im magnetostriktiven Material", sagte Singer. "Es macht das Material nicht sichtbar größer und kleiner, aber es erzeugt Schallwellen, und einige davon haben eine Resonanzfrequenz, die einen bestimmten Modus erzeugtwir verwenden einen so genannten akustischen Resonanzmodus. "
Als Fortschritte wie bei Elon Musk Neuralink Arbeiten zur Verbesserung der Gehirnfunktion bei Patienten mit chronischen neurologischen Erkrankungen. Diese neuesten Forschungsergebnisse der Rice University geben uns einen Einblick in eine Zukunft, in der Neuroengineering ein Gehirn ohne Stromquelle stimulieren könnte - außer in der Nähe. Magnetfeld .